Évolution : sélection naturelle, hasard et nouvelles espèces

Rappel. En 6^e, tu as placé sur une frise les grandes étapes de l’histoire de la vie et les crises biologiques de la fin du Permien (−252 Ma) et de la fin du Crétacé (−66 Ma) (« Biodiversité actuelle et passée ») ; en 4^e, tu as daté des fossiles par la superposition des couches et étudié des formes intermédiaires (« Parenté : caractères partagés et classification »).

Les premiers êtres vivants

Dans le Pilbara, en Australie, des roches d’environ 3,48 milliards d’années montrent des stromatolithes : des empilements de fines couches, comparables à ceux que construisent aujourd’hui des tapis de bactéries dans des eaux chaudes et peu profondes. Les scientifiques discutent encore de leur origine, mais ce sont parmi les plus anciennes traces de vie connues.

Pendant près de 3 milliards d’années, la vie est restée microscopique et presque uniquement aquatique. Les grands animaux et les plantes terrestres sont des nouveaux venus à l’échelle de cette histoire.

Apparitions, extinctions et diversifications

Plus de 99 % des espèces qui ont vécu sur Terre ont disparu. Les extinctions ont lieu en permanence, à un rythme faible ; lors des cinq grandes crises biologiques, une grande partie des espèces disparaît en peu de temps. Une espèce s’éteint quand son milieu change plus vite que ses populations ne peuvent évoluer, ou quand arrive un prédateur ou un concurrent nouveau.

Les mammifères existent depuis plus de 200 millions d’années. Pendant toute l’ère secondaire, la plupart restent de petite taille, à côté des dinosaures. Après la crise de −66 Ma, qui élimine les dinosaures non aviens (les oiseaux, eux, sont des dinosaures qui ont survécu : on les dit « aviens »), ils se diversifient : de grands herbivores et carnivores, puis, en une quinzaine de millions d’années, les premières chauves-souris et les premiers cétacés apparaissent et occupent les milieux libérés.

Réflexe — pour décrire l’histoire d’un groupe, je cherche quand ses premiers fossiles apparaissent, quand ses derniers disparaissent, et ce qui se passe après une crise.

Attention — une espèce éteinte ne revient jamais. Les espèces qui apparaissent après une crise sont nouvelles : elles descendent des survivants, elles ne remplacent pas « à l’identique » les disparues.

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Rappel. En 4^e, tu as vu qu’une mutation crée un nouvel allèle et qu’un caractère acquis au cours de la vie ne se transmet pas (« Génétique : mutations et variabilité »), et qu’une population rassemble les individus d’une même espèce qui vivent au même endroit et se reproduisent entre eux (« Dynamique des populations »).

Héréditaire ou non ?

Le pelage, la couleur des yeux, la forme d’un bec dépendent des allèles reçus des parents : ce sont des variations héréditaires. La reproduction sexuée mélange à chaque génération les allèles des deux parents : deux frères n’ont presque jamais le même ensemble d’allèles (chapitre « Diversité génétique »). Un caractère héréditaire peut même apparaître chez un enfant dont aucun parent ne le montre : chaque parent portait un allèle récessif masqué (4^e).

Un même hortensia donne des fleurs bleues dans une terre acide et roses dans une terre calcaire : la couleur change avec le sol, pas avec les allèles. Des muscles développés par l’entraînement, une peau bronzée, une plante restée petite à l’ombre : ces différences ne sont pas inscrites dans l’ADN des cellules reproductrices, elles ne passent pas aux descendants.

Suivre une population au fil des générations

Seules les variations héréditaires comptent pour l’évolution. On compte, dans un échantillon, les individus qui portent un caractère, puis on calcule sa fréquence ; on recommence quelques générations plus tard. Si la fréquence a changé, la population a évolué.

Réflexe — devant une différence entre individus, je me demande : vient-elle des allèles (héréditaire) ou du milieu (non héréditaire) ? Puis, pour une population, je compare des fréquences, jamais des nombres bruts.

Attention — si les effectifs changent, les nombres seuls trompent : 60 porteurs sur 400 et 75 porteurs sur 500 donnent la même fréquence, 15 %. La population n’a pas évolué pour ce caractère, elle a seulement grandi.

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Le tri ne porte pas seulement sur la survie. Un caractère qui attire les partenaires (couleurs, chant, parade) augmente le nombre de descendants : il peut être favorisé même s’il rend l’animal plus visible pour ses prédateurs.

La phalène du bouleau

Ce papillon de nuit se repose le jour sur les troncs, où les oiseaux le chassent. La forme claire, tachetée, se confond avec les lichens ; une forme sombre, due à une mutation, est rare. Le premier individu sombre vivant est capturé à Manchester en 1848. Dans cette région industrielle, la suie noircit les troncs et tue les lichens. En 1895, 98 % des phalènes de Manchester sont sombres : sur les troncs noirs, les oiseaux voient et mangent surtout les claires. Depuis que l’air a été assaini, au XX^e siècle, la forme sombre est redevenue rare. Le même caractère a été avantageux, puis désavantageux : c’est le milieu qui décide.

Les pinsons de Daphné Major

Sur cette petite île des Galápagos, Peter et Rosemary Grant mesurent les pinsons à bec moyen depuis 1973. En 1977, une grande sécheresse prive l’île de graines, sauf des grosses graines dures. La population passe d’environ 1 400 oiseaux à quelques centaines. Les survivants ont en moyenne un bec plus épais (9,9 mm contre 9,2 mm pour l’ensemble des adultes avant la sécheresse), capable de casser ces graines. Comme l’épaisseur du bec est héréditaire, leurs petits ont eux aussi un bec plus épais que la génération d’avant (9,7 mm en moyenne).

Les humains sont aussi un agent de sélection : un antibiotique trie les bactéries résistantes (chapitre de 4^e sur les micro-organismes).

Réflexe — pour expliquer un changement par la sélection naturelle, je cite les trois mots dans l’ordre : variation héréditaire préexistante → tri par le milieu (survie, reproduction) → allèle plus fréquent à la génération suivante.

Attention — l’individu ne s’adapte pas et ne transmet pas ce qu’il acquiert : la girafe n’a pas allongé son cou en s’étirant (c’était l’idée de Lamarck, en 1809). Et la sélection ne prévoit rien : elle ne retient que ce qui marche ici et maintenant.

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Pingelap, l’atoll des daltoniens

Vers 1775, un typhon ravage l’atoll de Pingelap, dans le Pacifique : il ne reste qu’une vingtaine de survivants. L’un d’eux porte un allèle rare, récessif, qui empêche de voir les couleurs (l’achromatopsie). Ailleurs dans le monde, environ une personne sur 30 000 est atteinte ; à Pingelap, aujourd’hui, près de 10 % des habitants. Cet allèle n’apporte aucun avantage : c’est le hasard du petit nombre de survivants, et non la sélection, qui l’a rendu si fréquent.

Sélection naturelle ou hasard ?

Réflexe — pour trancher entre sélection et hasard, je regarde si le caractère apporte un avantage dans ce milieu, si le changement va dans le même sens dans plusieurs populations semblables, et si la population est petite.

Attention — la dérive génétique n’a rien à voir avec la dérive des continents (5^e). Et le hasard n’explique pas tout : une forme sombre qui passe à 98 % dans toutes les villes industrielles, c’est la sélection.

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Rappel. En 6^e, tu as vu que deux individus appartiennent à la même espèce s’ils peuvent se reproduire ensemble et avoir des descendants eux-mêmes féconds : l’âne et la jument donnent un mulet stérile, ce sont deux espèces.

L’isolement reproductif peut venir de nombreuses différences : périodes de reproduction décalées, chants ou parades que l’autre population ne reconnaît plus, organes reproducteurs ou gamètes devenus incompatibles.

Des espèces qui naissent sous nos yeux

Les pinsons de Darwin, aux Galápagos, descendent d’un même ancêtre et se sont diversifiés en 1 à 2 millions d’années en une quinzaine d’espèces, aux becs adaptés à des nourritures différentes. En 1981, un mâle d’une autre île arrive à Daphné Major et s’y reproduit avec une femelle locale. Leurs descendants ont un chant et un bec si particuliers que, au bout de deux générations, ils ne se reproduisent plus qu’entre eux : les chercheurs y voient une espèce en train de naître.

Dans le lac Victoria, en Afrique de l’Est, plus de 500 espèces de poissons cichlidés, chacune spécialisée dans une nourriture ou une profondeur, sont nées en un temps très court à l’échelle de l’évolution.

Réflexe — pour raconter une spéciation, je donne les trois étapes dans l’ordre : isolement (quelle barrière ?) → divergence (quelles différences, pourquoi ?) → isolement reproductif (pourquoi ne se reproduisent-elles plus ?).

Attention — deux populations qui se ressemblent ne sont pas forcément de la même espèce, et deux individus très différents peuvent l’être (un chihuahua et un saint-bernard sont deux chiens). Le critère est la reproduction, pas l’aspect.

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Rappel. En 4^e, tu as placé Homo sapiens parmi les primates : ses plus proches parents actuels sont le chimpanzé et le bonobo, avec qui il partage un ancêtre commun vieux de 5 à 8 millions d’années ; Toumaï et Lucy sont des fossiles de la lignée humaine (« Parenté : caractères partagés et classification »).

Des espèces cousines qui se sont croisées

L’ADN des fossiles montre que Homo sapiens, sorti d’Afrique, a rencontré Néandertal et les Dénisoviens (une autre espèce humaine d’Asie, connue surtout par son ADN) et a eu avec eux des enfants féconds : entre ces espèces cousines, l’isolement reproductif n’était pas encore complet. Les humains actuels dont les ancêtres ne sont pas africains portent environ 2 % d’ADN néandertalien. Chez les Tibétains, un allèle reçu des Dénisoviens aide à vivre en haute altitude, où l’air est pauvre en dioxygène : il a été sélectionné.

Autre exemple d’évolution récente : la capacité à digérer le lait à l’âge adulte, devenue fréquente chez les peuples d’éleveurs depuis quelques milliers d’années (chapitre de 4^e sur les mutations).

Réflexe — pour lire un tableau de la lignée humaine, je compare les périodes : deux périodes qui se chevauchent = deux espèces qui ont coexisté, donc l’une n’a pas simplement « remplacé » l’autre en ligne droite.

Attention — « l’homme descend du singe » est faux tel quel : Homo sapiens et le chimpanzé descendent d’un ancêtre commun, qui n’était ni l’un ni l’autre. Et Néandertal n’est pas notre ancêtre : c’est une espèce cousine, qui a vécu en même temps que nous.

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